ＩＳＯ網絡體系結構

馮昊雯

[摘要]OSI參考模型（開放式系統互聯模型）將整個網絡通信的功能劃分為7個層次。對這7個層次做深入的探討。

[關鍵詞]物理層 數據鏈路層 網絡層 傳輸層 會話層

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310130－01

計算機網絡的體系結構就是指計算機網絡的各層及其協議的集合，或計算機網絡及其部件所應完成的功能。計算機網絡的體系結構存在的目的就是使不同計算機廠家的計算機能夠相互通信，以便在更大的范圍內建立計算機網絡。

國際標準化組織ISO于1983年正式提出了一個七層參考模型，叫做開放式系統互連模型（通稱ISO/OSI）。OSI參考模型將整個網絡通信的功能劃分7個層次，由底到高分別是物理層，鏈路層，網絡層，傳輸層，會話層，表示層和應用層。每層完成一定的功能，都直接為其上層提供服務，并且所有層次都互相支持。第4層到第7層主要負責互操作性，而1～3層則用于創造兩個網絡設備間的物理連接。

一、第一層：物理層

物理層是OSI參考模型的最底層，且與物理傳輸介質相關聯，該層是實現其他層和通信介質之間的接口。物理層協議是各種網絡設備進行互聯時必須遵守的低層協議。

物理層為傳送二進制比特流數據而激活，維持，釋放物理連接提供機械的，電器特征，功能的，規程性的特性。這種物理連接可以通過中繼系統，每次都在物理層內進行二進制比特流數據的編碼傳輸。這種物理連接允許進行今雙工或半雙工的二進制比特流傳輸的通信。

物理層相應設備包括網絡傳輸介質（如同軸電纜、雙絞纜、線電、外等）和連接器等，以及保證物理通信的相關設備，如中繼器、共享式HUB、信號中繼、放大設備等。

二、第2層：數據鏈路層

數據鏈路層是OSI參考模型的第2層，介于物理層于網絡層之間，其存在形式分為物理鏈路與邏輯鏈路。

設立數據鏈路層的主要目的是利用在物理層所建立的原始的，有差錯的物理連接路線變為網絡層無差錯的數據鏈路，因此數據鏈路層必須有鏈路管理、幀傳輸、流量控制、差錯控制等功能。數據鏈路層所關心的主要是物理地址、網絡拓撲結構、線路選擇與規劃等。

數據鏈路層的數據傳輸是以幀為單位。在OSI中，幀被稱為數據鏈路協議數據單元，它把物理層來的原始數據打包成幀。數據鏈路層負責幀在計算機之間的無差錯信息傳遞。

數據鏈路層設備主要包括：網絡接口卡(NIC)及其驅動程序、網橋、二層交換機等。

三、第3層：網絡層

網絡層是OSI參考模型中最復雜、最重要的一層。這一層定義網絡操作系統通信用的協議，為信息確定地址，把邏輯地址和名字翻譯成物理的地址。它也確定從信源機（源節點沿著網絡）到信宿機（目的節點）的路由選擇，并處理交通問題，例如交換、路由和對數據包阻塞的控制。

網絡層主要提供以下功能：

1．路徑選擇與中繼。路徑選擇是指在通信子網中，為源節點和中間節點選擇后繼節點，以便將報文分組傳送到的節點。“最短時間”是選擇路徑的標準。

2．流量控制。網絡中鏈路層，網絡層，傳輸層等都存在流量控制問題，其控制方法大體相一致。其目的是防止通信量過大造成通信于網性能下降。

3．擁塞控制。當到達通信子網中某一部分的分組數高于一定的水平，使得該部分網絡來不及處理這些分組時，就會使這部分以致整個網絡的性能下降。擁塞控制的主要任務是保證網絡高性能的運轉，保證子網不被它的用戶發送的數據包所淹沒。

工作在網絡層的設備主要有路由器和三層交換機。路由器通過轉發數據包來實現網絡互連，其支持的協議有TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等。三層交換機使用三層交換技術，解決了局域網中網段劃分之后，網段中子網必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統路由器低速、復雜所造成的網絡的瓶頸問題。

四、第4層：傳輸層

傳輸層是OSI參考模型的第4層，是比較特殊的一層。該層的功能是為源主機與目的的主機進程之間提供可靠的，透明的數據傳輸，并給端到數據通信提供最佳性能。

傳輸層從會話層接受數據，負責錯誤的確認和恢復，以確保信息的可靠傳遞。如果有必要，它也對信息重新打包，把過長信息分成小包發送，確保到達對方的各段信息正確無誤，而在接收端，把這些小包重構成初始的信息

傳輸層目的在于它既可以劃分在OSI模型高層，又可以劃分在低層。如果從面向通信和面向信息處理角度進行分類，傳輸層一般劃在低層：如果從用戶功能與網絡功能角度進行分類，傳輸層又被劃在高層，這種差異正好反映出傳輸層在OSI參考模型中的特殊地位和作用。

傳輸層所支持的協議有：TCP/IP的傳輸控制協議TCP、Novell順序包交換SPX以及Microsoft NetBIOS/NetBEUI等。

五、第5層：會話層

會話層對高層通信進行控制，允許在不通及其上的應變之間建立、使用和結束會話，對進行會話的兩臺機器間建立對話控制，管理會話如管理哪邊發送，何時發送，占用多長時間等。

會話層負責協調兩個應用進程進行的通信，以便使應用進程專注于信息交互。從OSI參考模型看，會話層之上各層是面向應用的，會話層之下各層是面向網絡通信的。會話層提供的功能有：為會話實體間建立連接，并組織，同步數據傳輸。最后通過“有序釋放”，“廢棄”，“有限量透明用戶數據傳送”等功能單元來釋放會話連接的。

會話層與傳輸層有明顯的區別。傳輸層負責建立和維護端到端之間的邏輯連接。目的是提供一個可靠的傳輸服務。但是由于傳輸層所使用的通信子網類型很多，并且網絡通信質量差異很大，這就造成傳輸協議的復雜。會話層在發出一個會話協議數據單元時，傳輸層可以保證將它正確地傳送到對等的會話實體，從這點看會話協議得到了簡化。

六、第6層：表示層

表示層包含了處理網絡應用程序數據格式的協議。它從應用層獲得數據，并把它們格式化以供網絡通信使用。該層將應用程序數據排序成一個有含義的格式并提供給會話層。這一層也通過提供諸如數據加密的服務來負責安全問題，并壓縮數據以使得網絡層需要傳送的數據盡可能少。

表示層位于OSI參考模型的第6層，在應用層的下面，會話層的上面。它將數據在計算機內部的表示法與網絡的表示法之間進行轉換，保證所傳輸的數據經傳送后其意義不改變，因此如何描述數據結構并使之與機器無關是表示層要解決的問題。在計算機網絡中，互相通信的應用進程需要傳輸的是信息的語義，它對通信過程中信息的傳送語法并不關心。表示層的主要功能是通過一些編碼規則定義在通信中傳送這些信息所需要的傳送語法。

表示層負責決定在主機間交換數據的格式，包括：數據加密、數據壓縮傳輸、字符集轉換等。在不同的時間，可以使用不同的傳送語法，如使用加密算法、數據壓縮算法等。

七、第7層：應用層

應用層是最終用戶應用程序訪問網絡服務的地方，它負責識別并證實通信雙方的可用性，進行數據傳輸完整性控制，使網絡應用程序（如電子郵件，P2P文件共享、多用戶網絡游戲、網絡瀏覽、目錄查詢等）能夠協同工作。

應用層是OSI參考模型的最高層，它為用戶的應用進程訪問OSI環境提供服務。應用層關心的主要是進程之間的通信行為，因而對應用進程所進行的抽象只保留了應用產程與應用進程間交互行為的有關部分。這種現象實際上是對應用進程某種程度上的簡化。

應用層所承處的網絡安全功能可粗為保密、鑒別、反拒認、完整性等。保密足是指保護信息不被未授權者訪問。鑒別是指在交換信息之前先要確認對方的身份。反拒認功能主要與電子簽名有關，比如對拒絕承認所簽約的客戶必須唯一的確定電子反拒認，以滿足法律手續。完整體是指如何確認自己所收到的信息是原始發來的信息，而不是被竄改或偽造的。

八、結語

OSI參考模型將整個網絡通信的功能劃分為7個層次，由底層到高層分別是物理層，鏈路層，網絡層，會話層，表示層和應用層。并有選擇地給出了各個層次的主要功能，定義與相應的設備等。

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